第三节蛋白质工程（15张）
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课件15张PPT。第三节 蛋白质工程一、蛋白质工程的概念
1．蛋白质工程是指通过__________与生物化学等技术了解蛋白质的结构与功能，并借助计算机辅助设计、______________和重组DNA技术改造基因，以定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质的技术。基因工程是蛋白质工程中的关键技术，因此，蛋白质工程又被称为________________。物理化学基因定点诱变第二代基因工程蛋白质工程与基因工程的比较2、流程：
从预期的蛋白质功能出发
设计预期的蛋白质结构
推测应有的氨基酸序列
找到相应的脱氧核苷酸序列（基因）蛋白质工程原理及流程图预期功能生物功能mRNA转录翻译折叠DNA合成设计分子设计原理：中心法则的逆向推理。3.改造方式
根据蛋白质被改造部位的多少,分为______、______、______。_____________________是改变蛋白质结构的核心技术之一（一般用于小改）。
(1)“大改”是指根据氨基酸的性质和特点,设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质,使之具有特定的______________、空间结构和_____________。
大改中改小改基因的定点诱变技术氨基酸序列预期功能(2)“中改”是指改变蛋白质分子中某一个多肽片段或一个特定的结构。
(3)“小改”是指通过基因工程中的_______ 技术，有目的地改造蛋白质分子中____________的1个或几个氨基酸残基，以改善蛋白质的性质和功能。
定点诱变某活性部位思考感悟
对天然蛋白质进行改造，是直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？
对基因的操作。1．定点诱变技术：基因的定点诱变技术是改变蛋白质结构的核心技术之一。(1)适用对象：适用于对已知空间结构的蛋白质，进行“小改”。
(2)特点：定点诱变有目的性和针对性。
(3)常用操作方法：PCR技术是目前常用的方法之一。
(4)具体操作过程：人工合成带有突变位点的引物→通过技术扩增获得定点突变的基因→通过基因工程的方法，将目的基因导入受体细胞→在受体细胞内转录和翻译合成所需的蛋白质。(5)结果：完成对蛋白质分子的“小改”。即通过定点诱变技术在蛋白质肽链中引入替代氨基酸，从而改变其结构，有目的地改造蛋白质的功能。
2．非定点诱变技术
(1)适用对象：对于不能预先确定诱变位点的蛋白质，可采用非定点诱变来进行蛋白质的改造。
(2)特点：非定点诱变突变位点多，有时甚至会产生出意想不到的改造效果。利用蛋白质工程改造或者设计制造出的人工蛋白，在活性、稳定性及抗原性等方面都优于天然蛋白质。
1．提高蛋白质的热稳定性
一种方法是通过替换酶的几种氨基酸，可以提高酶的热稳定性；另一种方法是在蛋白质分子中引入二硫键也可提高蛋白质的热稳定性。2．鼠—人嵌合抗体
小鼠单克隆抗体的制备比较简单，但这种鼠源性的单克隆抗体会被人的免疫系统排斥，不能直接用于人体。嵌合抗体就是保留鼠单克隆抗体的可变区，而用人体抗体的恒定区替换鼠单克隆抗体的恒定区，这种嵌合抗体的抗原性显著下降，而抗体的特异识别功能没有丧失，可用于临床治疗。
目前蛋白质工程成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而目前科学家对大多数蛋白质的高级结构的了解还不够，要设计出更加符合人类需要的蛋白质还需经过艰辛的探索。3．改变蛋白质的活性
组织纤溶酶原激活物(t—PA)专一激活人体内的纤溶系统，保证血液循环的畅通。但t—PA进入血浆后大部分与纤溶酶原激活剂抑制物形成复合物，并迅速失去活性。利用蛋白质工程将t—PA分子中的天冬酰胺替换为谷氨酰胺后，t—PA在血液循环中的停留时间会大大延长。 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。
这些蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。 基因工程的局限性：
1．蛋白质工程是指通过__________与生物化学等技术了解蛋白质的结构与功能，并借助计算机辅助设计、______________和重组DNA技术改造基因，以定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质的技术。基因工程是蛋白质工程中的关键技术，因此，蛋白质工程又被称为________________。物理化学基因定点诱变第二代基因工程蛋白质工程与基因工程的比较2、流程：
从预期的蛋白质功能出发
设计预期的蛋白质结构
推测应有的氨基酸序列
找到相应的脱氧核苷酸序列（基因）蛋白质工程原理及流程图预期功能生物功能mRNA转录翻译折叠DNA合成设计分子设计原理：中心法则的逆向推理。3.改造方式
根据蛋白质被改造部位的多少,分为______、______、______。_____________________是改变蛋白质结构的核心技术之一（一般用于小改）。
(1)“大改”是指根据氨基酸的性质和特点,设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质,使之具有特定的______________、空间结构和_____________。
大改中改小改基因的定点诱变技术氨基酸序列预期功能(2)“中改”是指改变蛋白质分子中某一个多肽片段或一个特定的结构。
(3)“小改”是指通过基因工程中的_______ 技术，有目的地改造蛋白质分子中____________的1个或几个氨基酸残基，以改善蛋白质的性质和功能。
定点诱变某活性部位思考感悟
对天然蛋白质进行改造，是直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？
对基因的操作。1．定点诱变技术：基因的定点诱变技术是改变蛋白质结构的核心技术之一。(1)适用对象：适用于对已知空间结构的蛋白质，进行“小改”。
(2)特点：定点诱变有目的性和针对性。
(3)常用操作方法：PCR技术是目前常用的方法之一。
(4)具体操作过程：人工合成带有突变位点的引物→通过技术扩增获得定点突变的基因→通过基因工程的方法，将目的基因导入受体细胞→在受体细胞内转录和翻译合成所需的蛋白质。(5)结果：完成对蛋白质分子的“小改”。即通过定点诱变技术在蛋白质肽链中引入替代氨基酸，从而改变其结构，有目的地改造蛋白质的功能。
2．非定点诱变技术
(1)适用对象：对于不能预先确定诱变位点的蛋白质，可采用非定点诱变来进行蛋白质的改造。
(2)特点：非定点诱变突变位点多，有时甚至会产生出意想不到的改造效果。利用蛋白质工程改造或者设计制造出的人工蛋白，在活性、稳定性及抗原性等方面都优于天然蛋白质。
1．提高蛋白质的热稳定性
一种方法是通过替换酶的几种氨基酸，可以提高酶的热稳定性；另一种方法是在蛋白质分子中引入二硫键也可提高蛋白质的热稳定性。2．鼠—人嵌合抗体
小鼠单克隆抗体的制备比较简单，但这种鼠源性的单克隆抗体会被人的免疫系统排斥，不能直接用于人体。嵌合抗体就是保留鼠单克隆抗体的可变区，而用人体抗体的恒定区替换鼠单克隆抗体的恒定区，这种嵌合抗体的抗原性显著下降，而抗体的特异识别功能没有丧失，可用于临床治疗。
目前蛋白质工程成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而目前科学家对大多数蛋白质的高级结构的了解还不够，要设计出更加符合人类需要的蛋白质还需经过艰辛的探索。3．改变蛋白质的活性
组织纤溶酶原激活物(t—PA)专一激活人体内的纤溶系统，保证血液循环的畅通。但t—PA进入血浆后大部分与纤溶酶原激活剂抑制物形成复合物，并迅速失去活性。利用蛋白质工程将t—PA分子中的天冬酰胺替换为谷氨酰胺后，t—PA在血液循环中的停留时间会大大延长。 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。
这些蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。 基因工程的局限性：